特許 6578188 光学測定器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6578188

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月18日

(54)【発明の名称】光学測定器

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/59 20060101AFI20190909BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/59 Z

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-217419(P2015-217419)

(22)【出願日】2015年11月5日

(65)【公開番号】特開2017-90112(P2017-90112A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2018年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】100153497

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 信男

(74)【代理人】

【識別番号】100092200

【弁理士】

【氏名又は名称】大城 重信

(74)【代理人】

【識別番号】100110515

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 益男

(74)【代理人】

【識別番号】100189083

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 圭介

(74)【代理人】

【識別番号】100078754

【弁理士】

【氏名又は名称】大井 正彦

(72)【発明者】

【氏名】谷口 真司

(72)【発明者】

【氏名】山根 亨介

(72)【発明者】

【氏名】佐畠 健一

【審査官】 中澤 真吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭４７−０２４８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０２２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０９２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０８１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０９１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−１７２７９１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

２１／１７−２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筺体に
加熱機構および光学測定機構を有する光学測定装置部と、加熱機構を有する熱処理装置部とが設けられ、
前記光学測定機構が、
貫通孔よりなる導光路が内部に形成された弾性体よりなる導光路形成体と、
前記貫通孔の一端に嵌入された光源と、
前記貫通孔の他端に前記光源の光軸と同軸状に嵌入された受光部と、
前記導光路形成体における、前記光源から出射される光の光路上に、前記導光路を交差して貫通するよう形成された、測定試料が装填された試料チューブが挿入される試料チューブ受容穴とを有し、
前記光学測定装置部と前記熱処理装置部とが熱的に分離されていることを特徴とする光学測定器。

【請求項2】

前記光学測定装置部と前記熱処理装置部との間に断熱材よりなる隔壁が設けられることによって、前記光学測定装置部と前記熱処理装置部とが熱的に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の光学測定器。

【請求項3】

前記筺体は、略直方体形の筺体本体を有し、当該筺体本体における手前側の領域に、前記光学測定装置部および前記熱処理装置部が左右方向に離間して設けられると共に、前記筺体本体の上部に、それぞれ前記光学測定装置部の蓋部および前記熱処理装置部の蓋部が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学測定器。

【請求項4】

前記光学測定装置部の前記加熱機構が、前記光学測定装置部の前記蓋部内に設けられた上部ヒーター部材と、前記試料チューブ受容穴の下部に設けられた下部ヒーター部材とからなり、当該試料チューブ受容穴に挿入された試料チューブを上下から加熱するものであることを特徴とする請求項３に記載の光学測定器。

【請求項5】

前記熱処理装置部の前記加熱機構が、前記熱処理装置部の前記蓋部内に設けられた上部ヒーター部材と、前記筺体本体内に設けられた、試料チューブを受容する試料チューブ受容穴が形成された下部ヒーター部材とからなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光学測定器。

【請求項6】

前記光学測定装置部には、冷却用ファンが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光学測定器。

【請求項7】

前記熱処理装置部には、冷却用ファンが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光学測定器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸光度測定などの光学測定を行う光学測定器に関する。

【背景技術】

【0002】

吸光度測定器として、例えば特許文献１には、光源から出射した光を測定試料に照射し、当該測定試料を透過した光を複雑な構成の光学系によって集光、反射させて光検出器に導光し、光の減衰量から測定試料中の目的物質の濃度を測定するものが開示されている。
このような吸光度測定器は、高機能であって高い精度の吸光度を測定することができるという利点を有する。

【0003】

一方、近年、ライフサイエンス分野では、ポイントオブケア検査に用いることなどを目的に、吸光度測定器などの光学測定器について、持ち運びを容易にするために小型化の要請がある。
しかしながら、上記のような吸光度測定器は、凹面鏡や回折格子などを用いた複雑な構成の光学系を有することに起因して、装置自体が一般的に大型のものとなってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１２６５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

また、ポイントオブケア検査に用いるために、検査時間が短くなるよう簡便に光学測定を行うことができる光学測定器が求められている。具体的には、ある物質（測定対象物質）について検量線を作成するための基準試料の光学測定と当該測定対象物質を含む測定試料の光学測定とを同時に行うことが要請されている。また、基準試料や測定試料に添加する呈色試薬の種類によっては試料の加熱を要することから、試料を加熱することや、試料を加熱した状態において光学測定を行うこと、さらには、試料を異なる温度に加熱することも要請されている。

【0006】

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、小型化が図られて容易に持ち運ぶことができ、かつ、２つの測定試料を必要に応じて同時に異なる温度に加熱することができると共に、加熱された試料について光学測定を行うことができる光学測定器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の光学測定器は、筺体に
加熱機構および光学測定機構を有する光学測定装置部と、加熱機構を有する熱処理装置部とが設けられ、
前記光学測定機構が、
貫通孔よりなる導光路が内部に形成された弾性体よりなる導光路形成体と、
前記貫通孔の一端に嵌入された光源と、
前記貫通孔の他端に前記光源の光軸と同軸状に嵌入された受光部と、
前記導光路形成体における、前記光源から出射される光の光路上に、前記導光路を交差して貫通するよう形成された、測定試料が装填された試料チューブが挿入される試料チューブ受容穴とを有し、
前記光学測定装置部と前記熱処理装置部とが熱的に分離されていることを特徴とする。
本発明の光学測定器においては、前記光学測定装置部と前記熱処理装置部との間に断熱材よりなる隔壁が設けられることによって、前記光学測定装置部と前記熱処理装置部とが熱的に分離されていることが好ましい。
本発明の光学測定器においては、前記筺体は、略直方体形の筺体本体を有し、当該筺体本体における手前側の領域に、前記光学測定装置部および前記熱処理装置部が左右方向に離間して設けられると共に、前記筺体本体の上部に、それぞれ前記光学測定装置部の蓋部および前記熱処理装置部の蓋部が設けられる構成とすることができる。
本発明の光学測定器においては、前記光学測定装置部の前記加熱機構が、前記光学測定装置部の前記蓋部内に設けられた上部ヒーター部材と、前記試料チューブ受容穴の下部に設けられた下部ヒーター部材とからなり、当該試料チューブ受容穴に挿入された試料チューブを上下から加熱するものであることが好ましい。
本発明の光学測定器においては、前記熱処理装置部の前記加熱機構が、前記熱処理装置部の前記蓋部内に設けられた上部ヒーター部材と、前記筺体本体内に設けられた、試料チューブを受容する試料チューブ受容穴が形成された下部ヒーター部材とからなることが好ましい。
本発明の光学測定器においては、前記光学測定装置部には、冷却用ファンが設けられていることが好ましい。
本発明の光学測定器においては、前記熱処理装置部には、冷却用ファンが設けられていることが好ましい。

【発明の効果】

【0008】

本発明の光学測定器は、一つの筺体に、各々加熱機構を有する光学測定装置部および熱処理装置部が設けられた構成を有する。従って、本発明の光学測定器によれば、小型化が図られ、容易に持ち運ぶことができる。
また、本発明の光学測定器によれば、光学測定装置部と熱処理装置部とが熱的に分離されているので、２つの測定試料をそれぞれにおいて必要に応じて同時に異なる温度に加熱することができ、光学測定装置部においては加熱された試料について光学測定を行うことができる。従って、光学測定装置部と熱処理装置部とで２つの測定試料を異なる温度に加熱し、光学測定装置部において光学測定を行うことによって、例えば温度依存的に吸光度などの反応速度が変化する生化学反応において、各温度条件における測定対象物質の反応速度を迅速に取得して比較することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の光学測定器の構成の一例を示す平面図である。

【図2】図１の光学測定器の斜視図である。

【図3】図１の光学測定器の正面図である。

【図4】図１の光学測定器の右側面図である。

【図5】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図6】図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図7】図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。

【図8】図３におけるＤ−Ｄ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の光学測定器の構成の一例を示す平面図、図２は、図１の光学測定器の斜視図、図３は、図１の光学測定器の正面図、図４は、図１の光学測定器の右側面図、図５は、図１におけるＡ−Ａ線断面図、図６は、図１におけるＢ−Ｂ線断面図、図７は、図１におけるＣ−Ｃ線断面図、図８は、図３におけるＤ−Ｄ線断面図である。
この光学測定器１０は、測定対象物質の濃度などを吸光度として測定するためなどに用いられるものであり、測定対象物質は、例えば大腸菌、タンパク質、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によって増幅されて得られたＤＮＡや、色素などである。

【0011】

光学測定器１０は、筺体１１に、光学測定機構２２を有する光学測定装置部２０と、熱処理装置部３０とが設けられてなり、これらの光学測定装置部２０および熱処理装置部３０には、各々、加熱機構が備えられている。

【0012】

筺体１１は、略直方体形の筺体本体１２を有し、光学測定装置部２０および熱処理装置部３０は、筺体本体１２における手前側（図１における下部側）の領域に、左右方向（図１における左右方向）に離間して設けられている。また、筺体本体１２の上部（図３における上部）には、それぞれ光学測定装置部２０の蓋部２１および熱処理装置部３０の蓋部３１が設けられている。さらに、筺体本体１２の上部における奥側（図１における上部側）の領域には、光学測定装置部２０の蓋部２１および熱処理装置部３０の蓋部３１と離間し、かつ、筺体本体１２の左右方向に伸びる状態に、当該筺体本体１２から突出して蓋枕１５が形成されている。さらに、筺体本体１２の下部（図３における下部）には筺体本体１２を水平な支持面上に支持する支持脚１７が設けられている。

【0013】

光学測定装置部２０は、試料チューブ内の測定試料を、化学的または物理的に加熱処理するため、または、一定の温度条件で光学測定するために加熱する加熱機構２６と、筺体本体１２内に設けられた、試料チューブ内の測定試料の光学測定を行う光学測定機構２２とからなる。

【0014】

光学測定機構２２は、略円柱状の貫通孔よりなる導光路２５Ｈが内部に形成された弾性体よりなる導光路形成体２５を有し、当該貫通孔の一端に光源２３が嵌入されると共に、他端に当該光源２３の光軸と同軸状に受光部２４が嵌入された状態で保持されている。
光源２３が導光路形成体２５に嵌入された状態で保持されることによって、光源２３の光軸を概ね導光路２５Ｈの軸と並行に設定することが容易となり、従って、受光部２４の方向に光束を高い効率で配光することができる。
導光路２５Ｈの直径は、光源２３側と受光部２４側とで同じであってもよく、異なっていてもよいが、不必要な散乱光、反射光、迷光を低減させる観点から、受光部２４側の直径が光源２３側よりも小さいことが好ましい。
なお、この例の光学測定器１０においては、光源２３が、導光路２５Ｈを形成する貫通孔の、隔壁４０から離間した一端（図６において右端）に配置されると共に、受光部２４が当該貫通孔の隔壁４０に近接した他端（図６において左端）に配置されているが、逆に配置されていてもよい。

【0015】

光源２３としては、例えば白色ＬＥＤなどのＬＥＤを用いることができ、受光部２４としては、例えばＲＧＢカラーセンサなどのフォトダイオードを用いることができる。受光部２４として、ＲＧＢカラーセンサを用いることにより、ＲＧＢの各波長における吸光度を測定することができる。
例えば波長５６０ｎｍ付近の光の吸光度からＢＣＡ法によって、あるいは、波長６００〜７００ｎｍ付近の光の吸光度からブラッドフォード法によって、たんぱく質の濃度を定量することができる。

【0016】

導光路形成体２５を形成する弾性体としては、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコーン樹脂などを好ましく用いることができる。

【0017】

導光路形成体２５には、光源２３から出射される光の光路上に、導光路２５Ｈを交差して貫通するよう、測定試料が装填された試料チューブが挿入される試料チューブ受容穴２９が形成されている。試料チューブ受容穴２９は、底部に向かって小径となるテーパ状の穴であって、導光路形成体２５を上下（図５において上下）に貫通している。導光路形成体２５の下部に貫通された穴の大きさは、試料チューブ受容穴２９に試料チューブが挿入されたときに、当該試料チューブが下方に１．５ｍｍ程度突出する状態とされる大きさであることが好ましい。
試料チューブ受容穴２９は、ＰＣＲチューブ、または、試料チューブ、例えば１．５ｍＬの試料チューブ若しくは２．０ｍＬの試料チューブに対応する形状および大きさとすることができる。

【0018】

導光路形成体２５における導光路２５Ｈは、複数、例えば８本形成されており、各々の導光路２５Ｈは、互いに平行に伸びた状態とされている。各々の導光路２５Ｈに対して、光源２３および受光部２４が配置されると共に試料チューブ受容穴２９が形成されている。
従って、本発明の光学測定器１０においては、例えば８本の試料チューブを一括して加熱処理および／または光学測定処理することができる。

【0019】

導光路形成体の表面には、導光路形成体と試料チューブとが直接接触しないよう試料ブラケットが設けられることが好ましい。この場合、試料ブラケットには、上記の導光路形成体２５における試料チューブ受容穴２９と同様の形状および大きさの試料チューブ受容穴が形成されており、導光路形成体には、当該試料チューブ受容穴が形成された試料ブラケットを受容する凹部が形成されている。
試料ブラケットとしては、例えばポリカーボネート樹脂やアルミ等の金属からなるものを用いることができる。

【0020】

光学測定装置部２０の加熱機構２６は、光学測定装置部２０の蓋部２１内に設けられた上部ヒーター部材２６Ａと、光学測定機構２２の下部（図５における下部）に設けられた下部ヒーター部材２６Ｂとからなり、試料チューブを上下から加熱するものとされている。
上部ヒーター部材２６Ａは、試料チューブの上面に接触するよう蓋部２１内に配置されており、蓋部２１が閉状態とされることにより、上部ヒーター部材２６Ａが試料チューブに押圧される。また、下部ヒーター部材２６Ｂは、試料チューブ受容穴２９の下部に貫通された穴から突出した試料チューブの下面に接触するよう配置されている。上部ヒーター部材２６Ａおよび下部ヒーター部材２６Ｂとしては、各々、パターンを有するシートヒーターを用いることができる。
光学測定装置部２０の蓋部２１は、開状態においては閉状態とされた姿勢と平行な姿勢で蓋枕１５上に載置される。

【0021】

上部ヒーター部材２６Ａおよび下部ヒーター部材２６Ｂは、各々独立して温度状態を制御することができる。各々のヒーターの設定温度は、室温〜１５０℃とすることができる。
上部ヒーター部材２６Ａおよび下部ヒーター部材２６Ｂによる加熱温度としては、試料チューブの上面における結露を防止する観点から、上部ヒーター部材２６Ａによる温度が下部ヒーター部材２６Ｂによる温度よりも高いことが好ましい。

【0022】

光学測定装置部２０には、加熱された試料チューブを循環冷却風によって急速に冷却する冷却用ファンが設けられていることが好ましい。

【0023】

熱処理装置部３０は、蓋部３１内に設けられた上部ヒーター部材３２Ａと、筺体本体１２内に設けられた試料チューブを受容する試料チューブ受容穴３９が形成された下部ヒーター部材３２Ｂとからなる加熱機構３２を有する。熱処理装置部３０の蓋部３１は、開状態においては閉状態とされた姿勢と平行な姿勢で蓋枕１５上に載置される。
上部ヒーター部材３２Ａおよび下部ヒーター部材３２Ｂとしては、各々、パターンを有するシートヒーターを用いることができる。
熱処理装置部３０の試料チューブ受容穴３９は、例えば２．０ｍＬの試料チューブに対応する形状および大きさとすることができる。

【0024】

試料チューブ受容穴３９は、複数、例えば４本形成されており、従って、熱処理装置部３０においては、例えば４本の試料チューブを一括して加熱処理することができる。

【0025】

熱処理装置部３０にも、光学測定装置部２０と同様に、加熱された試料チューブを循環冷却風によって急速に冷却する冷却用ファンが設けられていてもよい。この熱処理装置部３０の冷却用ファンは、光学測定装置部２０の冷却用ファンとは独立して制御することができる。

【0026】

そして、本発明の光学測定器１０においては、光学測定装置部２０と熱処理装置部３０とが熱的に分離されている。
具体的には、光学測定装置部２０と熱処理装置部３０との間に、筺体本体１２において奥行き方向（図１における上下方向）に伸びるよう隔壁４０が形成されることによって、熱的に分離されている。これにより、光学測定装置部２０と熱処理装置部３０とを、各々独立して温度状態を制御することができる。
隔壁４０は、光学測定装置部２０と熱処理装置部３０との間を隔てる横断熱部４１と、当該横断熱部４１と連続し、かつ、直交する方向に伸びる縦断熱部４２とからなる、平面視で略Ｔ字状のものである。
隔壁４０は、断熱材よりなり、断熱材としては例えば樹脂、繊維マット、空気層を備えた構造体などを用いることができる。

【0027】

光学測定器１０の各部の寸法の一例を挙げると、筺体１１は、横幅（図１における左右方向長さ）が２８０ｍｍ、縦幅（図１における上下方向長さ）が１５０ｍｍ、高さ（図１における紙面と垂直な方向の長さ）が１１５ｍｍ、重さが１５００ｇである。また、導光路形成体２５は、光軸方向の長さ（図８において上下方向長さ）が最大４０ｍｍ、光軸と垂直な方向の長さ（図８において左右方向長さ）が最大１００ｍｍ、高さ（図６において上下方向長さ）が１５ｍｍ、試料チューブ受容穴２９の直径は、最小部がφ１．７ｍｍ、最大部がφ３．０ｍｍ、光源２３と受光部２４との距離は３０ｍｍである。隔壁４０は、縦断熱部４２の横の長さ（図１における左右方向長さ）が２７０ｍｍ、横断熱部４１の縦の長さ（図１における上下方向長さ）が１４０ｍｍ、高さ（図１における紙面と垂直な方向の長さ）が１００ｍｍ、厚みが２ｍｍである。試料ブラケットを設ける場合、その寸法は、光軸方向が４０ｍｍ、幅が１００ｍｍ、高さが２４ｍｍ、光路における厚みが８〜９ｍｍである。

【0028】

光学測定器１０における光学測定は、以下のように行われる。すなわち、光学測定装置部２０の光学測定機構２２において、光源２３から出射した光が、試料チューブ受容穴２９に受容された試料チューブ内の液体状の測定試料を透過し、受光部２４に至って光量が測定されて吸光度が取得されて濃度が算出される。具体的には、光が測定試料を透過する際、その透過率が測定対象物質の濃度に応じて光路長に対して指数関数的に減衰する。従って、予め既知の濃度の測定対象物質の標準溶液を基準試料として測定して検量線を作成しておき、その光量と比較することにより、測定試料における測定対象物質の吸光度から濃度を算出することができる。
以上の光学測定器１０においては、光学測定機構２２の導光路形成体２５における異なる試料チューブ受容穴２９に、それぞれ、検量線を作成するための標準溶液を入れた試料チューブと、測定試料を入れた試料チューブとをセットし、同時に光学測定を行うことができる。
また、光学測定器１０においては、２つの測定試料を光学測定装置部２０および熱処理装置部３０のそれぞれにおいて同時に異なる温度に加熱することができる。このとき、光学測定装置部２０においては、測定試料を加熱しながら上記の光学測定を行うことができる。

【0029】

以上の光学測定器１０は、一つの筺体１１に、各々加熱機構２６，３２を有する光学測定装置部２０および熱処理装置部３０が設けられた構成を有する。従って、この光学測定器１０によれば、小型化が図られ、容易に持ち運ぶことができる。
また、以上の光学測定器１０によれば、光学測定装置部２０と熱処理装置部３０とが熱的に分離されているので、２つの測定試料をそれぞれにおいて必要に応じて同時に異なる温度に加熱することができ、光学測定装置部２０においては加熱された試料について光学測定を行うことができる。従って、光学測定装置部２０と熱処理装置部３０とで２つの測定試料を異なる温度に加熱し、光学測定装置部２０において光学測定を行うことによって、例えば温度依存的に吸光度などの反応速度が変化する生化学反応において、各温度条件における測定対象物質の反応速度を迅速に取得して比較することができる。

【0030】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。

【符号の説明】

【0031】

１０ 光学測定器
１１ 筺体
１２ 筺体本体
１５ 蓋枕
１７ 支持脚
２０ 光学測定装置部
２１ 蓋部
２２ 光学測定機構
２３ 光源
２４ 受光部
２５ 導光路形成体
２５Ｈ 導光路
２６ 加熱機構
２６Ａ 上部ヒーター部材
２６Ｂ 下部ヒーター部材
２９ 試料チューブ受容穴
３０ 熱処理装置部
３１ 蓋部
３２ 加熱機構
３２Ａ 上部ヒーター部材
３２Ｂ 下部ヒーター部材
３９ 試料チューブ受容穴
４０ 隔壁
４１ 横断熱部
４２ 縦断熱部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】